张拉索膜结构找形分析与计算.pdf

哈尔滨_ 丁程大学硕十学位论文摘要索膜结构作为一种新型的建筑结构，具有受力合理、效率高、造型新颖及其良好的经济性等优点，显示出了巨大的生命力和广阔的应用前景 本文主要研究了张拉式索膜结构的找形问题具体的工作如下：基于力密度法，本文推导出更加适合于程序编制的等价公式程序计算 核心部分采用v c + + 面向对象的编程，编制可视化程序，将力密度法找形中的 自由点，固定点，枝一点矩阵，力密度等概念均制作成类程序代码具有较高的可读性，易于二次开发 对实际工程中的张拉式索膜结构进行了详细的算例分析，并将找形结果 的数据文件利用第三方软件A N S Y S 显示出图形算例分析的结果表明了本 文所编制的程序的正确性和实用性通过对找形结果中一些现象的分析，揭 示了张拉式索膜结构找形中的一些内在规律和相关性质 利用A n 璐Y S 软件对索膜结构进行分析和设计，在建好索膜结构的分析 模型和选好单元类型后，将网格划分、索的预拉力值、时问步长及收敛容差 作为优化的设计变量，膜材的面积最省或重量最轻为优化的目标函数，膜面 最大最小应力、膜内节点的位移作为状态变量进行了形态优化分析，所得找 形结果与专业软件非常接近，且计算误差在工程允许的范围内。

通过对A N S Y S 软件使用，发现其在做索膜结构找形过程中有不少问题： 1 、其找形理论上是由形及态，初始形状的假定要与结果接近，这在绝大多数 情况下是非常困难的2 、求解后应力分布极不均匀，边界无法满足这种态， 所以找出的形是无法实现的3 、用A N S Y S 找形，只能靠降低温度来给定初张 力，这本身就是很不精确的所以说A N S Y S 并不是一个纯粹的索膜结构设计软件 对本文所编写的软件和A N S Y S 软件的对比，发现虽然编制的程序在索 膜结构找形结果的精度上略差于A N S Y S 软件，但依然可以满足实际工程需 要由于其避免了初始坐标问题和非线性收敛问题，可以更加有效快速的进 行计算，更好地适应了结构初始方案确定阶段的工作最后，在总结了本文所做工作的基础上，提出了需迸一步研究与探索的内容关键字：索膜结构；非线性有限元法；力密度法；A N S Y S ：面向对象编程哈尔滨丁程大学硕+ 学位论文A B S T R A C TA san e w ．t y p eb u i l d i n gs t r u c t u r e , t h ec a b l e ．m e m b r a n es t r u c t u r eh a sl o t so fm e r i t ss u c ha sr a t i o n a lm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e ，h i 【g he f f i c i e n c y , n o v e lm o d e l i n ga n df a v o r a b l ee 沁o n o m 碥e t c ．a n dd e m o n s t r a t e st h ea n o E n l o t k sv i t a l i t ya n dw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t ．I nt h i st h e s i s ，t h ef o r m ．f i n d i n ga n a l y s i so ft e n s i l ec a b l e ．m e m b r a n es t m c t u r e si ss t u d i e dp r i m a r i l y ．T h ee m p h a s e sa r ep u tu p o na sf o l l o w s ：B a s e do nt h ef o r m u l a ef o r mt r a n s f o r m a t i o ni sd o n e ，a r ea c q u i r e d ．A c c o r d i n gt oo b t a i n e da b o v ea n dt h er e s u l t sas e l v e so ft h e o r e t i c a l l yc q u i v a l e n tw h i c ha r em o r es u i tf o rp r o g r a m m i n ga r ea c q u i r e d ．n ec o r ec a l c u l a t i o np a r to ft h i sp r o g r a mu s e V c + + l a n g u a g e ．啦p r o g r a mi Sa no b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a mw i t hf r e e d o mp o i n tc l a s s ，f i xp o i n tc l a s s , b r a n c h - p o i n tc l a s s ，f o r c ed e n s i t yc l a s sa n dS OO I LT h ed e t a i l e de x a m p i ea n a l y s e sa r ed o n e ．o nt c n s i l ec a b l e - m e m b r a n es t r u c t u r e so fa c t u a le n g i n e e r i n g , a n dt h ec o r r e s p o n d i n gr e s u l td a t aa l es h o w na sf i g u r e sb yu s i n gt h ed a t a - p r o c e s s i n gS O f t w a r e - A N S Y S ．1 n h ec o n s e q u e n c eo ft h ee x a m p l ea n a l y s e sp r o v e st h ec o r r e c t n e s sa n dt h eu s e f u l n e s so ft h ep r o g r a mg i v e nb yt h i sp a p e r ．A n a l y s i ss o m ee l e c t r o p h o r e s i so ft h ef o r m —f i n d i n gr e s u l t , w e 锄o p e no u tt h ei n h e r e n tr u l e sa n dc o r r e l a t eq u a l i t i e si nt h ef o r m ．f i n d i n go ft e n s i o nc a b l e - m e m b r a n es t r u c t u r e ．T h ct e n s i o n e dc a b l e ．m e m b r a n es t r u c t u r ei sa n a l y z e da n dd e s i g n e db yu s i n gA N S Y S ．A f t e rh a y i n ge s t a b l i s h e dt h ea n a l y s i sm o d e lo fc a b l e - m e m b r a n eS t r u c t u r e a n ds e l e c t e dt h et y p eo fe l e m e n t , t a k i n gt h en u m b e ro fm e s h ' p r e t e n s i o nv a l u e ,t i m es t e pa n dc o n v e r g e n c et o l e r a n c ea sd e s i g nv a r i a b l e so fo p t i m i z a t i o n , l e a s ta r e ao rw e i g h to fm e m b r a n ea so b j e c tf u n c t i o n ，m a x i m u ma n dm i n i m u ms t r e s s e sa n dn o d ed i s p l a c e m e n t so fm e m b r a n es u r f a c ea ss t a t ev a i l a b l e s 。

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